[发明专利]一种木质纤维温敏型半互穿网络凝胶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源转化技术领域，主要涉及一种木质纤维温敏型半互 穿网络凝胶材料的制备方法。

背景技术

近年来，关于纤维素、半纤维素或者木质素等单组分的凝胶的研究很多，但 是对于不分离各成分的全组分木质纤维温度敏感型凝胶的研究却少有报道。温 度敏感型凝胶主要是由于在其高分子链上含有一定比例的疏水/亲水基团，使得 凝胶随着外界温度变化而发生体积相变。如在聚N-异丙基丙烯酰胺体系中，酰 胺基-NHCO为亲水基团，而异丙基-CH(CH₃)为疏水基团。在外界温度较低时， 凝胶网络结构中的亲水基团通过氢键与外界水分子结合，凝胶吸水溶胀；当温 度较高时，亲水基团与水之间的氢键作用减弱，疏水基团的相互作用增强，凝 胶则逐渐收缩。在温度敏型凝胶的制备过程中，经常使用的单体为聚乙烯醇、 聚氧化乙烯(PEO)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和N，N-二乙基丙烯酰胺 (DEAAm)等。

专利CN102702566A公布了一种利用离子液体制备木质纤维素气凝胶的方 法，主要是采用木粉和离子液体体制备木质纤维素气凝胶。专利CN103146017A 公布了一种快速溶解木质纤维素制备气凝胶的方法，其制备原料与专利 CN102702566A所采用的原料相似都是采用木质纤维素原料与离子液体制备木 质纤维素气凝胶。采用离子液体制备气凝胶大大的增加了成本，而且离子液体 的制备过程工艺复杂。本发明将单体和引发剂加入水凝胶溶液中，引发反应后 可合成半互穿网络(Semi-IPN)水凝胶，若同时加入交联剂还可制备全互穿网 络(Full-IPN)水凝胶。半互穿网络和全互穿网络的区别在于半互穿网络的直链 /分支聚合物可以在不破坏化学键的前提下从聚合物网络中分离出来。通过这种 互穿网络结构设计所制备的水凝胶具有很多优异的性能，可调控凝胶的网络结 构控制药物的吸附和释放性能，可引入天然聚合物使得凝胶具有生物相容性。 多糖类聚合物在自然界中储量丰富，生物相容性好，且可生物降解，因此是制 备互穿网络聚合物水凝胶的一类重要生物大分子。很多学者利用木质纤维分离 出其中的纤维素、半纤维素或者木质素制备出互穿网络结构或半互穿网络水凝 胶。Chang等人在碱脲水溶液体系(NaOH/Urea)中，以环氧氯丙烷(ECH) 为交联剂制备纤维素网络，添加交联剂亚甲基双丙烯酰胺(BIS)，在过硫酸铵 的引发下在纤维素交联网络结构基础上再交联聚合异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)， 从而制得全互穿网络结构水凝胶。其中同时存在着两个聚合网络，具有规则的 多孔结构，良好的机械强度和热响应性。Wang[151]等人在利用LiCl/DMAc体 系溶解纤维素后加入N-异丙基丙烯酰胺单体，以N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA) 为交联剂，在过氧化苯甲酰(BPO)引发下合成了含有聚N，N-二甲基丙烯酰胺 (DMAm)和纤维素的半互穿网络结构水凝胶。该凝胶的热重检测结果显示半 互穿网络聚合物只具有一个热分解温度，这说明在凝胶结构中DMAm链段和纤 维素链段之间存在良好的化学联接。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供了一种木质纤维温敏型半互穿网络 凝胶材料的制备方法。主要解决了现有方法制备木质纤维素气凝胶工艺复杂、 难度大等问题。

本发明所采用的技术方案是：一种木质纤维温敏型半互穿网络凝胶材料的 制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定量的木质纤维素原料，采用微型植物粉碎机粉碎成粉末。

(2)筛选一定量的木质纤维素粉末，浸入乙二胺溶液在室温下磁力搅拌24h 后过滤并冷冻干燥，得到乙二胺处理后的木质纤维素；

(3)配制LiCl/DMSO混合溶液，然后取一定量的乙二胺预处理的木质纤维 素粉末溶于该溶液中，室温下磁力搅拌24h后置于60℃恒温磁力搅拌器上继续 搅拌2h后得到均一粘稠的木质纤维素/LiCl/DMSO溶液；

(4)取一定量的木质纤维素/LiCl/DMSO溶液于带塞玻璃管中，然后依次加 入一定量温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和交联剂N，N-亚甲基双丙 烯酰胺(MBA)；

(5)通入氮气30min，并将玻璃管静置于60℃水浴锅中反应，24h后取出 凝胶放入无水乙醇中浸泡洗涤，更换无水乙醇直至去除凝胶中所有未反应的单 体和所形成的低聚物，以及溶剂LiCl/DMSO；